深度好文: 5G离商用还有多远？
5G 的到来，让不少消费者为之兴奋，但是其技术的门槛也难倒了一大批从业者。就目前而言，被炒得火热的 5G 能否投入日常正常使用？对此，美国威瑞森电信在芝加哥和明尼阿波利斯启动了5G网络之际，美国科技网站 PCMag 对该网络进行了深度的测试。
以下为译文：
美国威瑞森电信启动了早期的5G网络。可能真的是太早了。在他们的5G网络在芝加哥启动后的第二天（4月5日星期五），我花了六个小时测试了这个全新的网络。该网络还非常小，而且不是太牢靠。但毕竟这是一个良好的开端。
首先是好消息：在291项测试中，64项是在5G网络上进行的，而其余的在4G网络上进行。与LG V40的4G网络的下行速度相比，Moto Z3手机通过全新的5G Moto Mod在同一地点的平均下行速度更高。在多个测试点上，5G设备上的最高速率可达600Mbps，相比之下4G设备的最高速率只有400Mbps——提高了50%，很了不起啊？！
芝加哥5G与4G网络对比
下面的内容涉及到细节和技术。我们给出的购买建议是：至少在当前（2019年4月），不建议购买5G的设备。威瑞森的5G网络只有零星几个蜂窝基站，运行的都是早期的固件，缺乏一些关键的功能。软件更新和后继的建设会让这个网络变得更好，但现在还不值得尝试。
这次的先发制人不像是威瑞森以前的风格，可能是威瑞森想和韩国竞争，希望打出“世界第一台支持5G的手机”的广告。威瑞森原定的启动计划是4月11日，但是提前到了4月5日，然后又提前到了4月4 日，似乎他们掌握了韩国运营商的某个计划。威瑞森的Moto Z3 Mod于4月3日发售，而韩国的三星Galaxy S10 5G于4月5日发售，所以我觉得这下威瑞森有了吹嘘的资本。
我只能认为，对于威瑞森来说，这是一次非常罕见的市场跑在工程前头的例子。这个网络还缺乏很多功能。如果威瑞森能够等到五月中旬三星手机在美国发售的时候再启动网络，会对5G这场长期的竞争有什么危害吗？我不认为会对实际的销售额有任何危害，而且这样才更像是威瑞森的风格。但是，那样的话他们就没办法宣称自己是世界第一了。
所以，整个事件就是把一切问题都交给了“以后的软件更新”。由于最终的5G标准于去年12月才出台，运营商的基础设施供应商根本没有时间去调试并启用他们承诺的所有功能。不过好消息是，许多功能都可以通过在线更新获得。
我们会在5月末再次访问芝加哥，也许还会在7月份再去一次，看看事情的发展情况。
摩托罗拉：我们的5G模块是整个Snapdragon的智能手机
附加模块
目前，访问威瑞森5G网络的唯一办法就是在价值$480的Moto Z3手机上添加一个价值$350的Moto Mod附件。Evan Blass是可靠的小道消息来源，他说第一台集成5G的手机Galaxy S10 5G将于5月16日发售。
Z3加上附加模块比S10 5G笨重得多，性能也不如智能手机。但价格要便宜得多。市面价格只需要$830就能获得能访问5G的Moto Z3。Galaxy S10 5G的价格还没有公布，但肯定会高于Galaxy S10+，而后者的最低价格是$999。我认为Galaxy S10 5G的价格至少在$1249。
我们之前评测过Z3，也讨论过这个附加模块。将其添加到手机上后，它会接管手机的调制解调器功能，并负责通知电池和连接状态信息。一些人管它叫“插在手机上的Wi-Fi热点”，但这种说法不太准确。现在，它甚至都不支持Wi-Fi热点功能，该功能将通过未来的软件更新获得（该附加模块实际上是一台USB调制解调器，底部有一个USB-C接口）。不论如何，其热点模式采用802.11ac而不是802.11ax，这意味着其Wi-Fi热点功能可能比5G连接还要慢。
该附加模块的秘密在于手机背后的USB 3连接口，它的最大数据传输速率为5Gbps，比所有早期的5G网络都要快。摩托罗拉没有说明该附加模块是否能在未来的手机上使用，但它给出了强烈的暗示；而且，Moto Z2也可以通过该模块访问5G网络。所以，该附加模块实际上能允许整个威瑞森早期的5G手机产品线访问5G网络。
附加模块的电池寿命并不是太好。它自身的电池只有2000mAh。手机无法给附加模块充电，当电池用尽时，就只能回到4G模式。我从早上9:30开始使用附加模块，到了下午2:30就没电了。我每两分钟进行一次速度测试，每一分钟请求一次位置信息，期间休息了两次，每次半个小时，所以相当于进行了四个半小时的持续传输和位置请求。当然你的实际数据传输不会这么频繁，而且位置信息请求也挺耗电，但这仍然感觉太短了。威瑞森和摩托罗拉说，随着网络的改进电池寿命也会增加。对于一般的蜂窝设备来说的确如此，因为设备不需要再反复尝试了，电池寿命肯定会延长。
威瑞森的服务套餐很简单：如果你当前拥有不限量套餐，那么只需额外的$10就可以获得不限量也不降低优先级的5G数据套餐。5G数据在前三个月也是免费的， 因为网络其实并不完整。
缺点
现在来说一说缺点。
Moto Mod只在传输数据时显示“5G UWB”图标，而在5G服务可用时并不显示，所以很难判断当前是否位于5G服务区。由于后台进程也会使用数据流量，所以当你位于5G服务区时，有时会看到5G图标闪烁，但它并不像其他网络状态图标那样能给出可靠的服务区标志。
为了测试速度和服务覆盖范围，我使用了定制的Ookla测试应用，每两分钟运行一次速度测试，分别在摩托罗拉手机和另一台4G LG V40手机上交错进行（提示：Ookla的拥有者是PCMag.com的母公司Ziff Davis）。我还有一个自动化的进程，每隔一分钟自动截屏并记录位置信息，以抓取闪烁的5G图标。
即使运行了这些应用，有时候我敢肯定在5G服务上时（比如我在上次5G测试完成后没有移动位置，而且下载速度也没有变化）图标也会显示成4G。威瑞森需要修改这个图标，确保在5G信号可用时显示5G。 好消息是，威瑞森可以通过软件更新实现这一点。
左：使用5G网络的Moto Z3。右：4G，可能是LAA，手机为LG V40。
速度：这只是一个开端
威瑞森使用的5G形式叫做毫米波（mmWave），能保证超高速，但只能在距离信号塔很近的地方使用。随着远离基站，或者进入室内，速度衰减得也非常快。目前，mmWave基站最高能使用400MHz频段。威瑞森说，许多地域会拥有800MHz或更高频段，在合适的软件更新之后即可使用。这样就能极大地提高速度。
mmWaved优势在于，它最终能提供超快的速度。爱立信（威瑞森在芝加哥的基础设施供应商）在2018年的一份白皮书（https://www.ericsson.com/en/ericsson-technology-review/archive/2018/the-advantages-of-combining-5g-nr-with-lte）中做出了伟大的承诺。爱立信说：“一个使用了26GHz的NR 200MHz TDD系统……能够为室外使用者提供非常好的下载覆盖，例如，50~60%的情况下能接近1Gbps的速度。如果能分配更大的频段，如400MHz，速度可能会达到几个Gbps。”实际上，威瑞森在芝加哥使用的是400MHz，而威瑞森在芝加哥有强大的光纤网络。
实际上，我见过最大600Mbps（理论最大值），那么使用400MHz频段，在mmWave 5G NR上应该能达到2.4Gbps。而且这用的还都是早期的软件。
“不客气地说，速度还会迅速提高。”威瑞森的网络工程副总裁Mike Haberman告诉我。
另外需要注意，并不是每家公司都会使用mmWave，或只使用mmWave。AT&T和T-Mobile都会混合使用mmWave和低频5G，从而可能达到与LTE相似的覆盖率和衰减趋势，而速度要比LTE快30~50%。而据Sprint提供的消息，Sprint会采用中频5G，覆盖率与Sprint的4G网络相似，速度大致在400~600Mbps范围。
在所有我找到的5G NR基站附近，下行速度都能达到500~600Mbps的。但这个速度会随着距离增大而迅速衰减，下面我会详细介绍。
下面这张散点图很有意思，你可以自己看看。它显示了我做过的每个5G测试的下行速度，按照时间排序。实际上该图的用处并不是很大，但看起来很酷。测试10~30显示出我走近了一个基站，离开，然后又回来，然后朝着另一个方向离开。右侧的一大堆高速的点是West Loop附近的一片可靠的5G服务区，其中混杂的一些低速点是我走进了一栋石制建筑。我下面会进一步介绍这一点。
需要注意的一点并不是最高速度，而是最低速度。目前移动设备上很少有需要1Gbps的应用。但许多应用（如视频直播）在6Mbps下比2Mbps下工作得更好。LTE的下限很低——好的时候非常非常好，但坏的时候就无法直视了。我的早期的5G测试表明，5G的下限已经比4G高了。如果这一点是正确的，那么即使低速的5G速度依然比最坏情况下的LTE要好，即使考虑到覆盖范围也是如此。
上行和延迟比较令人失望。5G网络的延迟应该低于10ms。但平均延迟为25.7ms，并不比LTE的延迟25.1ms好。上行速率平均为19Mbps，比V40手机上达到的4G平均上行速率42Mbps低得多。
威瑞森给出了一个我们很熟悉的解释：5G上行还没准备好。那些上行实际上是LTE。威瑞森需要一次软件更新才行。他们说，延迟的问题也会在后期解决。
你必须要了解的是，许多方面LTE依然比5G NR更好，尽管以后这一点会改变。LTE在编码的复杂度方面更先进（LTE使用的是QAM，即正交幅度调制），能够同时使用的天线数量也更多（称为MIMO，即多入多出技术）。目前的LTE网络支持4x4 MIMO和256 QAM，即四层数据，每个符号8比特。
目前，5G NR支持2x2 MIMO和64 QAM，即两层数据和每符号6比特。但5G技术本身在手持设备上支持4x4 MIMO，基站上支持更多的MIMO，也支持更高效的编码。我们只需要等待设备和网络容量的进步。
这种进步在LTE上也出现过。2011年LTE网络刚刚启动时，它并不总是比AT&T和T-Mobile的3.5G HSPA网络更好，而当AT&T和T-Mobile决定将HSPA定义为4G时还造成了很大的混乱。但LTE比HSPA的增长空间更大。随着理论的进步，HSPA+达到了理论的最高点336Mbps（尽管美国的运营商一直都没有超过42Mbps），但高通现在已经支持2.4Gbps的LTE了。
这种进步将会出现在AT&T、T-Mobile和威瑞森的毫米波网络上。这些网络使用的都是同样的爱立信软件、同样的版本。Sprint可能不一样，他们用的是诺基亚的低频多重MIMO基站，因此面临的是完全不同的问题。
等待安装5G的基站。
覆盖率：非常有限
威瑞森说，他们在芝加哥覆盖了Loop、West Loop和Loop北部，基本上一直到North Avenue。我走了三个小时，发现覆盖率实际上非常有限，而且并没有超出Chicago Avenue以北。但我也发现了一些基站，似乎它们并没有启用，或者说我觉得威瑞森正在准备安装5G设备。比如在North Avenue沿街就有一排信号塔，从Sedgwick到湖边每隔几个街区就有一个，似乎一切都已准备好，而我的5G信号指示器在North和LaSalle 街角会闪烁。该信号还不可靠，因此我无法运行速度测试。我猜测那一组信号塔可能还没准备好。
Haberman说：“有一些已经投入使用的基站，还有很多基站已经部署好，但还没有投入使用。”
我发现的覆盖区域包括Loop，West Loop的大部分，River North区域的覆盖率增大，但再往北的Old Town就没有覆盖了。
下图是5G的覆盖区域：
下图是我看到的活动的5G基站。最北端的图标可能错了一个街区。我可能漏了一些；显然我漏掉了Chicago和LaSalle的那个，还漏掉了Clark和Lake的那个，我没看到，也没时间再回去检查了。威瑞森肯定会在这个区域布置更高的密度，可能每一两个街区就布置一个。注意在West Loop的基站非常密集，每个街区都有一个。我沿着West Loop步行时能收到稳定的5G覆盖，但这个覆盖率不会超过一个街区。
威瑞森5G基站位置
范围：还不太理想
威瑞森表示，它的基站覆盖范围大概有800英尺。我发现有效覆盖范围大概只有300英尺，再远速度就掉到了LTE以下，尽管5G指示器直到450英尺的位置都会闪烁。那个附加设备似乎无法判断4G连接好于5G连接的情况，所以它会持续使用5G连接，即使它只有可怜的几个Mbps。而手机应该在低世代网络好于高世代网络的时候选择前者。
上图显示了沿着Michigan Avenue距离某个基站向南走每隔50英尺的速度测试结果。我觉得LTE那条线可能并不是我们熟知的LTE，而是LAA，即使用Wi-Fi信号的短距离LTE，通常会在200英尺后衰减。注意5G基站的曲线和LAA基站差不多。嗯……我也不知道350英尺上LTE手机发生了什么。
这张图显示了两个不同的5G基站的速度衰减，以及同一个基站不同角度上的衰减。灰色线为沿着Michigan Avenue从一个基站向南走，测试时保证与基站之间没有任何障碍。距离到350英尺左右时速度就变得很低了。
另外两条线是怎么回事？橙色的线在50~100英尺的标记之间有一条高架铁路线。这条铁路线似乎对信号的干扰非常大，所以速度很慢，但接下来的200英尺内速度很稳定。
黄色线测试的与灰色线是同一个基站，但是行走方向与后者呈直角，是沿着高大建筑群之间的一条狭窄小巷走的。似乎对速度的影响也非常大。
威瑞森和业内其他人都说，这类的信号衰减可以通过更好的信号构成（beam forming）和信号转向（beam steering）来修正，而且你也能猜得到，这些功能将在未来的软件更新中实现。
“信号转向和构成还没有准备好。”威瑞森的Haberman说，“再过几个月，情况会大有改观，基站的边界将会发生变化。”
你肯定会说，“我住的乡下和郊区，800英尺的距离对我一点用的没有！”或者，“他们肯定不会在我的镇上每个街区都放个基站！”你说的没错，他们肯定不会这么做。这个网络只适合大都市，运营商已经设置了密集的信号塔来处理繁重的LTE通信。
还有一个没有解答的问题：毫米波是否能在任何环境下工作。威瑞森说没问题，只要有了合适的信号转向，它能达到3000英尺的范围。但我希望能看到些实际效果。
墙壁的影响
5G速度比较，室内vs室外
在West Loop的Jefferson Street街上的星巴克里，我进行了另一项毫米波干扰测试。站在基站下方能获得600Mbps的下行速度。而进入星巴克后，透过玻璃，就只有218Mbps了。转角进入大堂，坐在一个看不到基站的石质建筑后面，速度就降到了41.5Mbps。低频带信号就没有这种问题。
我敢说，如果你和基站之间隔着一扇窗户，那就没办法收到足够的毫米波信号。这一点非常糟糕。威瑞森说，随着未来的软件更新，更好的信号构成和信号转向会带来很大的性能提升。
基站是不是太丑了？
说起丑的问题，你要知道5G只不过是在现有的LTE的小型基站上加了两块板。下图是没有5G的LTE小型基站的样子：
North Avenue上的威瑞森基站，尚未安装5G，但很可能很快就装了。
下图是5G基站的近景。你可以看到其实没什么太大区别。如果你要争辩说小型基站太丑，那两年前的LTE时代你就输了。如果你非要说现在觉得小型基站丑，那两年来你都没注意过他们，我也无话可说。
安装了5G面板的威瑞森基站。
城市环境下的5G基站的样子。位于West Loop。
下图来自某位Photoshop水平和我不相上下的人，这张图能解释清楚它们是干什么用的：
威瑞森的5G成绩单
5G给我们做出了许多承诺。例如，低延迟应该是新系统至关重要的功能，但它还没有实现。威瑞森吹嘘说在许多城市有800MHz频段，但现在那个频段还完全不能用。另一方面，直到几个星期前，基站还只能处理100MHz频段。
下面是一份简单的“成绩单”，列出了在威瑞森网络上已有和没有的功能：
我认为今年夏季这个网络应该会大幅度改进。如果不是疯狂的5G竞赛将网络的出现带入了早春时节，5G似乎更应该在仲夏时分才能启动。现在，威瑞森、摩托罗拉和爱立信都需要努力学习，才能在最后的答辩中完成他们做出的承诺。
关键是长期
为了理解为什么威瑞森（以及所有厂商）要投入5G，我们应该回顾一下过去几年中4G速度的增长。我们分别从2011年和2013年就开始追踪美国和加拿大的4G网络速度。平均而言，加拿大网络比美国网络好，所以我想给出两者的曲线。
5G在第一天就给出了平均215Mbps的下行速度。如果它和4G速度增长曲线一样，那么到了2021年我们应该能得到平均327~495Mbps的下行速度，到了2025年应该有1.2~1.5Gbps。当然我要提醒你，这只是平均速度，许多情况下速度只会更快。当然，速度取决于许多因素，最重要的就是政府是否会在未来几年为5G放出更多的频段。
好戏才刚刚上演。威瑞森承诺于今年年底在30个城市开通5G网络。AT&T称正在12个城市内建设热点，稍后我会继续跟进。Sprint和T-Mobile很可能会在5月和6月启动5G网络。
我问过许多业内人士，他们表示，每个星期都会有新的软件更新到5G基站。一切发展得非常迅速。也许在你读到这篇文章时，情况已经发生了变化。今年春天和夏天，我们会驾车游遍全美国，查看事态的发展情况，还会在6月份报告我们的发现。